[发明专利]液环泵非稳态气体流场及吸入压缩性能的简化计算方法

说明书

本发明公开了一种液环泵非稳态气体流场及吸入压缩性能的简化计算方法，包括以下步骤：定义计算域，构造计算域的三维实体；对计算域进行网格划分，得到三维初始网格；进行相关参数和条件设置，运用非稳态多相流欧拉方法进行模拟计算，得到相对稳定后液环泵的气液两相流场和相分布场；对液环泵内的气液两相流分布进行图像处理得到气液两相交界轮廓面形状和大小；单独构造气体计算域的三维实体；对三维气体计算域文件进行网格划分，进行相关参数和条件设置，模拟计算液环内的瞬态气体吸入压缩过程，进行液环泵气体流场和吸入压缩性能的非稳态计算。本发明与常规的气液两相流计算方法相比，能够改善计算精度、提高计算效率。

技术领域

本发明涉及液环泵技术领域，特别涉及一种液环泵非稳态气体流场及吸入压缩性能的简化计算方法。

背景技术

液环泵具有近似等温压缩、可输送易燃易爆气体、结构简单、使用维修方便等特点，广泛应用于石油、化工、电力、轻工等部门，是真空成套设备的基础产品之一。图1是液环泵的工作原理图，它包括吸气口、叶轮、蜗壳、入水口和排气口五个主要部件。液环泵运行时，进入叶轮内的液体由于离心力作用被甩向泵体边壁形成一个封闭圆环。随着叶轮的旋转，当叶片与液环所分割的腔体由小变大时，气体从吸气口吸入泵内。当分割的腔体由大变小时，气体被压缩并由排气口排出泵外。液环泵内部的流动是具有自由分界面的复杂气液两相流动，有较大的水力损失，导致效率降低。

随着液环泵应用领域的拓展，如何优化设计提升其工作效率已成为国内外研究的热点和前沿课题之一，研究内容主要集中在外特性规律和流场数值计算方面。液环泵内部复杂的气液两相流是影响其工作效率的关键因素，该气液两相流的特征是分界面大小形状未知且两相流动随时间发生变化，远比一般叶片泵的流动复杂得多，属于非稳态的气液两相流动。目前大多数研究者们均采取气液两相流(VOF)的计算方法，对液环泵进行非稳态的流动性能分析。该计算方法计算量大、耗时长、计算过程易出错，对于100万的计算网格使用常规的电脑工作站一般需要近百个小时的计算时间才能得到相对稳定的气液两相流场，而且受现有气液两相流动理论模型的限制，计算所得到流场及气体吸入压缩性能与实际相差较大(气体吸入量有时相差了一个数量级)，未能准确有效地反映泵内气液两相流动规律和吸入压缩性能。为使工程技术人员能通过调整各种设计参数(泵体和叶轮结构参数等)和操作参数(吸入真空度、转速、管路参数、阀门开度等)，达到优化液环泵设计提高工作效率的目的，迫切需要一种简化实用快捷的液环泵气体流场和吸入压缩性能的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种液环泵非稳态气体流场及吸入压缩性能的简化计算方法，与常规的气液两相流计算方法相比，能够改善计算精度、提高计算效率。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种液环泵非稳态气体流场及吸入压缩性能的简化计算方法，包括以下步骤：

S1、将液环泵中吸气口、叶轮、蜗壳、进水口及排气口定义为计算域，其中叶轮为计算域中的旋转域，构造计算域的三维实体，生成计算域的三维实体文件；

S2、读取三维实体文件，对计算域进行网格划分，得到三维初始网格，形成网格文件；

S3、读取网格文件，进行相关参数和条件设置，运用非稳态多相流欧拉方法进行模拟计算，得到相对稳定后液环泵的气液两相流场和相分布场；

S4、对液环泵内的气液两相流分布进行图像处理得到气液两相交界轮廓面形状和大小；

S5、根据气液两相交界轮廓面形状和大小，单独构造气体计算域的三维实体，生成该液环泵的三维气体计算域文件；

S6、读取三维气体计算域文件并进行网格划分，进行相关参数和条件设置，模拟计算液环内的瞬态气体吸入压缩过程，进行液环泵气体流场和吸入压缩性能的非稳态计算。